一種一氧化碳變換及系統的製作方法

2024-02-07 07:20:15

本實用新型涉及一氧化碳變換技術領域，特別是一種一氧化碳變換及系統。

背景技術：

一氧化碳變換工藝流程，是利用粗煤氣中一氧化碳與水蒸氣在催化劑作用下反應製取氫氣，所製取的氫氣用作於生產合成氨、甲醇的原料。一氧化碳變換爐就是一氧化碳與水蒸氣的反應場所，內裝有耐硫變換催化劑，一氧化碳變換爐屬於絕熱式固定床反應器。目前國內現有的一氧化碳變換裝置，均利用飽和水蒸氣與粗煤氣在蒸汽混合器中混合，使其滿足水氣比在1.0-1.1，然後經熱交換器加熱，調整變換進口調溫閥的冷激氣量，控制進變換爐的溫度在250-260℃進入變換爐開始一氧化碳變換反應，反應後的氣體經回收熱量後由工藝氣出口輸出。使用該工藝流程存在以下缺點：變換爐在導氣過程中會出現催化劑床層嚴重超溫和床層溫度波動大的問題，因變換爐在導氣過程中，粗煤氣進口、飽和水蒸汽進口、蒸汽混合器、熱交換器、冷激氣進口和變換爐出口處的設備和管道均處於冷態，變換爐進口溫度無法滿足催化劑活性要求，導致進入變換爐的原料氣無法發生一氧化碳變換反應，只有經催化劑床層的床溫使原料氣加熱到催化劑活性溫度以上，一氧化碳變換反應才會發生，這就導致大量的CO累積在催化劑床層底部反應，導致變換爐下部嚴重超溫，而中上部則出現垮溫的現象，催化劑床層溫度在導氣期間波動大，難以穩定。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於，提供一種一氧化碳變換及系統。本實用新型能夠快速提高變換爐進口工藝氣溫度，使其滿足一氧化碳變換反應催化劑的活性溫度要求，避免大量一氧化碳變換反應聚集在變換爐底部反應而導致超溫和中上部垮溫的問題，為變換爐設備安全運行提供保障。

本實用新型的技術方案：一種一氧化碳變換系統，包括蒸汽混合器，蒸汽混合器與熱交換器連接，熱交換器與變換爐連接；所述的蒸汽混合器還連接有粗煤氣進口閥，粗煤氣進口閥與粗煤氣進口連接；蒸汽混合器與粗煤氣進口閥間還連接有飽和水蒸汽進口閥，飽和水蒸汽進口閥分別與飽和水蒸汽進口和蒸汽減壓閥連接，蒸汽減壓閥與高壓水蒸汽進口連接；所述的熱交換器與變換爐間還連接有變換進口調溫閥，變換進口調溫閥與冷激氣進口連接。

前述的一氧化碳變換系統中，所述的蒸汽減壓閥為，能將高壓水蒸汽由540℃、9.8MPa降至410℃、4.5MPa的蒸汽減壓閥。

與現有技術相比，本實用新型在飽和水蒸汽進口處並列通入高壓水蒸汽，在將高溫水蒸汽通過蒸汽減壓閥減壓後(因飽和水蒸汽和高壓水蒸氣存在約4.4MPa的較大壓差，所以高壓水蒸氣與飽和水蒸氣混合前需減壓至與飽和水蒸氣接近的壓力)，與飽和水蒸汽一起通入蒸汽混合器；通過該結構，本實用新型能夠依託減壓後過熱蒸汽(圖1中15處的水蒸汽)的熱量，快速的將1的溫度提高至催化劑活性溫度250℃左右，使進入變換爐的工藝氣能快速達到反應條件，避免催化劑床層垮溫和超溫。申請人在大量實驗中發現:在導氣過程中，當使用蒸汽減壓閥控制飽和水蒸汽進口閥處的溫度在350℃時，能夠有效保證進入變換爐進口處的工藝氣溫度在250℃以上。本實用新型在導氣反應開始後，變換爐出口的工藝氣溫度會上升，之後根據變換爐出口的工藝氣的溫度升高情況緩慢關小蒸汽減壓閥就可以穩定變換爐進口處的工藝氣的溫度在250℃，這樣就使催化劑床層反應始終保證自上而下進行，避免催化劑上部床層垮溫和下部超溫的問題，保證變換爐安全運行。

由上述可知，本實用新型解決了一氧化碳變換裝置導氣期間變換爐嚴重超溫和床層溫度大幅度波動的難題，加快了變換爐導氣的速度和穩定時間，節約裝置開車時間，避免變換爐超溫和催化劑床層溫度波動，保證設備安全運行。本實用新型在實施後，達到以下目的：

實施之前，變換爐導氣時間1.5小時，催化劑床層熱點溫度最高670-720℃。

實施後，變換爐導氣時間0.5小時，催化劑床層熱點溫度最高520-560℃。

減少裝置工藝氣放空1小時，減少工藝氣排放量15萬標準立方米。

附圖說明

圖1是本實用新型的結構示意圖。

附圖中的標記為：1-粗煤氣進口，2-飽和水蒸汽進口，3-蒸汽混合器，4-熱交換器，5- 冷激氣進口，6-變換爐，7-變換爐出口，8-工藝氣出口，9-變換進口調溫閥，10-飽和水蒸汽進口閥，11-粗煤氣進口閥，12-蒸汽減壓閥，13-高壓水蒸汽進口，14-變換爐進口，15-蒸汽減壓閥出口。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明，但並不作為對本實用新型限制的依據。

實施例1。一氧化碳變換系統，構成如圖1所示：包括蒸汽混合器3，蒸汽混合器3與熱交換器4連接，熱交換器4與變換爐6連接；所述的蒸汽混合器3還連接有粗煤氣進口閥11，粗煤氣進口閥11與粗煤氣進口1連接；蒸汽混合器3與粗煤氣進口閥11間還連接有飽和水蒸汽進口閥10，飽和水蒸汽進口閥10分別與飽和水蒸汽進口2和蒸汽減壓閥12連接，蒸汽減壓閥12與高壓水蒸汽進口13連接；所述的熱交換器4與變換爐6間還連接有變換進口調溫閥9，變換進口調溫閥9與冷激氣進口5連接。所述的飽和水蒸汽進口閥10為250℃、4.5MPa的飽和水蒸汽進口閥10；

前述的蒸汽減壓閥12為，能將高壓水蒸汽由540℃、9.8MPa降至410℃、4.5MPa的蒸汽減壓閥12。

前述的一氧化碳變換系統的工藝方法，按下述步驟進行：

a、將變換進口調溫閥9關閉；

b、將粗煤氣由粗煤氣進口1通入蒸汽混合器3中，並經粗煤氣進口閥11控制氣量；

c、將飽和水蒸汽和高壓水蒸汽分別由飽和水蒸汽進口2和高壓水蒸汽進口13並列通入，並列通入後，經由飽和水蒸汽進口閥10通入到蒸汽混合器3中；並列通入前，高壓水蒸汽經蒸汽減壓閥12減壓，減壓後由蒸汽減壓閥出口15導出與飽和水蒸汽並列通入；

d、粗煤氣與水蒸汽在蒸汽混合器3混合後得混合氣，將混合氣通入熱交換器4加熱升溫；

e、打開變換進口調溫閥9通入冷激氣，與步驟d中的混合氣並列通入變換爐6，進行一氧化碳變換反應，反應後得到的工藝氣在回收熱量後由工藝氣出口8輸出。

前述的步驟c中，通過蒸汽減壓閥12將飽和水蒸汽進口閥10處的溫度控制在320-360℃，最優為350℃。

前述的步驟d中，初始時蒸汽混合器3中的水氣比為1.4-1.6，待變換爐6中的催化劑床層和變換爐出口7的工藝氣溫度穩定後，將蒸汽混合器3中的水氣比為1.0-1.1。通過控制接氣開車和正常生產期間水氣比差異，能夠有效控制接氣開車期間熱點溫度不致過高。

前述的步驟b中，通過粗煤氣進口閥11控制粗煤氣氣量為5萬標準立方米/小時。接氣期間控制粗煤氣流量能夠控制反應熱和熱點溫度，便於調整工況。

前述的步驟c中，高壓水蒸汽為，540℃、9.8MPa的高壓水蒸汽，通過蒸汽減壓閥12後，降至410℃、4.5MPa。

實施例2。一種一氧化碳變換系統的工藝方法，按下述步驟進行：全關變換進口調溫閥9，用粗煤氣進口閥11控制氣量5萬標準立方米每小時，用飽和水蒸汽進口閥10控制蒸汽混合器3中的水氣比在1.4-1.6，用蒸汽減壓閥12控制變換爐進口14處的工藝氣的溫度在250℃，然後進入變換爐6開始一氧化碳變換反應，待催化劑床層和變換爐出口7溫度基本穩定後，蒸汽混合器3中的水氣比降至1.0-1.1，氣量緩慢增加至正常氣量，導氣轉為正常生產控制，此技術實施後，每次導氣可節約工藝氣放空損失15萬標準立方米合計人民幣20萬餘元，同時可避免變換爐超溫事故發生，保證變換爐安全運行。